一种三明治式长效阻盐的凝胶光热蒸发器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三明治式长效阻盐的凝胶光热蒸发器的制备方法，所述光热蒸发器由用作上层光吸收层的无机金属盐

【技术实现步骤摘要】
一种三明治式长效阻盐的凝胶光热蒸发器的制备方法


[0001]本专利技术属于材料制备领域，特别涉及基于凝胶材料的光热蒸发器的制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能光热水蒸发是利用太阳能将水加热转变成水蒸气后在进行收集（如：CN111170393B，CN208008495U，CN113860413A）。太阳能蒸发器优点在于其可以在无能源消耗的情况下用于淡化海水或在偏远落后地区稳定生产淡水。由于自然蒸发进行的非常缓慢，为了提高蒸发效能，在设计太阳能蒸发器时需重点解决几个问题：
①
提升光热转换效率；
②
蒸发过程中持续快速供水；
③
防止盐析堵塞孔道。
[0003]凝胶材料是一种独特的三维多孔固体材料，具有低密度、高孔隙率和独特纳米孔洞结构等特点，在隔热阻燃、催化剂及催化剂载体、吸附、海水淡化等领域具有广阔的应用前景。Li等制备了一种蒸汽生成速率高达3.69 kg/(m2·
h)的共价有机框架(COF)/石墨烯双区域水凝胶 (Journal of The American Chemical Socieity, 2022, 144, 3083
‑
3090)。Guo等将铁基金属有机框架衍生的光热纳米颗粒引入聚乙烯醇网络的水凝胶蒸发器蒸汽生成速率可达3.2 kg/(m2·
h)（Advanced materials, 2020,32,1907061）。Qin等制备了一种具有1.34 kg/(m2·
h)的高水分蒸发率的碳纳米管/羟基磷灰石双层气凝胶材料（Carbon, 2019, 150, 233
‑
243）。本专利技术提出由用作上层光吸收层的氧化铝
‑
碳纳米管复合气凝胶，用作下层水供给层的氧化铝水凝胶和中间疏水层构成的一种高效蒸发、长效阻盐的太阳能凝胶蒸发器。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种三明治式长效阻盐的凝胶光热蒸发器的制备方法，用该方法得到的光热蒸发器，可克服现有技术缺陷。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：一种三明治式长效阻盐的凝胶光热蒸发器的制备方法，所述光热蒸发器由用作上层光吸收层的无机金属盐
‑
纳米碳复合气凝胶，用作下层水供给层的无机金属盐水凝胶和中间疏水层构成，具体包括以下制备步骤：步骤（1），在醇水混合溶液中加入无机金属盐、纳米碳、纳米凹土、植物纤维或人造纤维搅拌至均匀；向混合溶液中缓慢滴加1
‑
2环氧丙烷并充分混合后倒入模具中静置凝胶；干燥后得到无机金属盐
‑
纳米碳复合气凝胶，即光热蒸发器的光热转换层；步骤（2），对步骤1得到的气凝胶单面浸入疏水剂中进行疏水处理，得光热蒸发器的疏水层；步骤（3），在醇水混合溶液中加入无机金属盐、纳米凹土和植物纤维并搅拌均匀，向溶液中缓慢滴加1
‑
2环氧丙烷，将步骤（2）得到的气凝胶的疏水层浸入溶胶中并静置凝胶，得到光热蒸发器的水供给层。
[0006]本专利技术进一步改进方案，步骤（1）和步骤（3）中所述无机金属盐为铝盐、钛盐、铁
盐、铬盐或锌盐中的一种，添加量为0.3
‑
1 mol/L。
[0007]本专利技术进一步改进方案，步骤（1）和步骤（3）中醇水混合溶液中的醇为乙醇或甲醇，醇水体积比为0.5
‑
4:1。
[0008]本专利技术进一步改进方案，步骤（1）中的纳米碳为为碳纳米管、石墨烯、活性炭、富勒烯、石墨炔或炭黑中的一种或两种以上组合（包括两种），添加量为0.1
‑
2 wt%。
[0009]本专利技术进一步改进方案，步骤（1）和步骤（3）中纳米凹土的添加量为1
‑
7.5 wt%；本专利技术进一步改进方案，步骤（1）中所述的植物纤维为木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维和草纤维中的一种或两种以上组合，所述的人造纤维为玻璃纤维、陶瓷纤维的一种或组合，用于凝胶的机械性能的增强，添加量为0.1
‑
3 wt%。
[0010]本专利技术进一步改进方案，步骤（1）和步骤（3）中1
‑
2环氧丙烷的添加量与醇水混合溶液的体积比为0.4
‑
0.7:1。
[0011]本专利技术进一步改进方案，步骤（1）中的凝胶厚度为1
‑
5 mm，密度小于0.8 g/cm3。
[0012]本专利技术进一步改进方案，步骤（2）中所述疏水改性剂为甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲基硅烷、十六烷基三氯硅烷或三甲基氯硅烷中一种，所述的疏水处理是将步骤（1）得到的气凝胶的单面，放在疏水改性剂的65
‑
90
o
C蒸汽中浸渍0.5
‑
3 h。
[0013]本专利技术进一步改进方案，步骤（3）中所述的水供给层的厚度为1
‑
5 mm。
[0014]还可根据需要，在凝胶制备过程中加入少量铜盐或银盐，提高光热蒸发器的抗菌性。
[0015]本专利技术的优点在于：1.本专利技术提供的光热蒸发器具有三明治式的三层结构。水供给层利用其微纳米孔隙的毛细作用快速传递水；疏水层能够有效阻止盐结晶对长期使用过程中的影响，延长使用寿命；光热转换层为气凝胶材料能够有效阻止热量的扩散，集中供热。
[0016]2.复合气凝胶单面疏水处理后与水凝胶复合，共同构成阻盐长效的太阳能凝胶蒸发器。凝胶制备中添加纳米凹土和植物纤维，提升凝胶的力学强度以满足应用需求。复合气凝胶的丰富微纳米孔隙的毛细作用和纳米碳的集热效能，是高效水蒸发的核心元件。疏水层能有效阻隔水体中盐扩散到光热转换层，并容许水蒸汽通过，从而有效防止盐分在光热转换层表面结晶析出，是蒸发器稳定工作的保障。下层无机盐水凝胶（水供给层）是从水体快速向上输送水的关键。
[0017]3、疏水层和光热转换层（气凝胶）结构能够使光热蒸发器自发漂浮在水面上，解决使用的局限性。
附图说明
[0018]图1 为凝胶光热蒸发器结构示意图图2 为实施例2复合气凝胶水接触角示意图图3为实施例2复合气凝胶疏水面水接触角示意图图4为水蒸发试验测试装置示意图图5为实施例4复合气凝胶的SEM电镜图图中1为光热转换层，2为疏水层，3为水供给层，4为光源，5为光热蒸发器，6为待蒸发液体。
具体实施方式
[0019]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0020]对比例1（1）将1.5 g 六水合氯化铝和0.075 g碳纳米管加入10 ml醇水混合溶液（乙醇:水=1:1）中，搅拌物料混合均匀；取5 ml 1
‑
2环氧丙烷在搅拌过程中缓慢滴加，10 min后倒入模具中静置凝胶；溶剂置换和超临界干燥后得到复合气凝胶，厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三明治式长效阻盐的凝胶光热蒸发器的制备方法，其特征在于：所述光热蒸发器由用作上层光吸收层的无机金属盐
‑
纳米碳复合气凝胶，用作下层水供给层的无机金属盐水凝胶和中间疏水层构成，具体包括以下制备步骤：步骤（1），在醇水混合溶液中加入无机金属盐、纳米碳、纳米凹土、植物纤维或人造纤维搅拌至均匀；向混合溶液中缓慢滴加1
‑
2环氧丙烷并充分混合后倒入模具中静置凝胶；干燥后得到无机金属盐
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纳米碳复合气凝胶，即光热蒸发器的光热转换层；步骤（2），对步骤（1）得到的气凝胶，将其单面浸入疏水剂中进行疏水处理，得光热蒸发器的疏水层；步骤（3），在醇水混合溶液中加入无机金属盐、纳米凹土和植物纤维或人造纤维并搅拌均匀，向溶液中缓慢滴加1
‑
2环氧丙烷，将步骤（2）得到的气凝胶的疏水层浸入溶胶中并静置凝胶，得到光热蒸发器的水供给层。2.根据权利要求1所述的光热蒸发器的制备方法，步骤（1）和步骤（3）中所述无机金属盐为铝盐、钛盐、铁盐、铬盐或锌盐中的一种或两种以上混合，添加量为0.3
‑
1 mol/L。3.根据权利要求1所述的光热蒸发器的制备方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（3）中醇水混合溶液中的醇为乙醇或甲醇，醇水体积比为0.5
‑
4:1。4.根据权利要求1所述的光热蒸发器的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的纳米碳为碳纳米管、石墨烯、活性炭、富勒烯、石墨炔或炭黑中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫宇，陈静，云山，金慧然，孙伟杰，黄万霞，沈千宁，李晓，朱永，丁师杰，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：